1、第六章 近代化學的建立第一節(jié) 科學化學元素概念的建立一、近代化學的奠基人-波義耳 波義耳(16271691)出生在英國一個貴族家庭,他父親是公爵,他家住在查理德莊園。 波義耳從小受到良好的教育曾到瑞士、意大利、法國等地求學。 波義耳一生勤奮地從事自然科學的探討，從不追求安閑奢華的生活。他的科學活動領(lǐng)域十分廣闊，涉及到物理、化學、生物學、醫(yī)學、哲學、神學等方面。二、懷疑派化學家-意義1、波義耳把化學確立為一門科學2、波義耳把嚴密的實驗方法引入化學中 物質(zhì)燃燒實驗、金屬焙燒實驗 酸堿中和實驗、沉淀實驗3、波義耳為化學元素下了科學的定義 科學元素概念的提出,使化學變成了科學波義耳的金屬焙燒實驗 他把

2、銅片放在玻璃瓶里，稱了一下重量，然后，把它放在爐子上猛烈地加熱、煅燒。這時，原來閃耀著紫紅色光輝的銅片，漸漸地蒙上一層暗灰色的東西，最后，以至變成了黑色的渣滓。燒完后，他再去一稱，咦，銅片竟然變重了！金屬焙燒實驗焙燒金屬480 克銅480 克鉛480 克錫240 克鐵212 克銀煅燒后增重質(zhì)量(g)3049 760662 他找了一個有著長長的、彎頭頸的玻璃瓶曲頸甑，把金屬放進去再把瓶口封閉起來。當煅燒完畢后，他小心地從爐膛里拿出滾燙的瓶子，打開瓶口。這時，他聽見一陣尖銳的絲絲聲，再稱金屬的重量，結(jié)果仍然一樣，金屬變重了。 如果用算術(shù)式子來表示，這就是： 金屬火素灰燼用作強氧化劑、強腐蝕性物質(zhì)制

3、備的反應容器。如用硝用作強氧化劑、強腐蝕性物質(zhì)制備的反應容器。如用硝酸鹽制備濃硝酸等。酸鹽制備濃硝酸等。 使用注意事項使用注意事項: 加熱時要墊石棉網(wǎng)加熱時要墊石棉網(wǎng)。 如以濃硫酸跟硝酸鈉反應時如以濃硫酸跟硝酸鈉反應時,產(chǎn)生的硝酸蒸氣要及時產(chǎn)生的硝酸蒸氣要及時冷卻冷卻,防止逸出。防止逸出。 玻璃塞和頸口間通過磨砂吻合。玻璃塞和頸口間通過磨砂吻合。 1756 年（距波義耳的實驗約80年），羅蒙諾索夫重新做了波義耳關(guān)于金屬在加熱后重量增加的實驗。他把金屬放在一只曲頸甑里，把曲頸甑的瓶口封閉起來，然后連曲頸甑一起放在天平上稱好重量。接著，就拿去進行加熱。等加熱完畢，曲頸甑里的金屬表面已經(jīng)蒙上了一層渣

4、滓。把曲頸甑冷卻，仍舊密閉著瓶口（不打開塞子?。┓旁谔炱缴戏Q量。這樣，前后稱得的重量完全一樣。 羅蒙諾索夫的實驗和波義耳的實驗的不同之處，主要就在于： 羅蒙諾夫在整個實驗過程中，都一直把瓶口密閉著，沒有打開。而波義耳呢？他雖然在加熱時密閉著瓶口，但是，在剛剛加熱完畢，他卻立即把瓶口打開，正如他自己在論文中所寫的那樣：“這時外面的空氣發(fā)出了絲絲的聲響，沖進了容器?！?波義耳的錯誤，就在于他雖然聽到了這“絲絲”的聲響，卻忽視了它！ 既然波義耳的實驗結(jié)果是錯誤的，那么，他所提出的“理論”有什么玄妙的“熱素”穿過瓶壁鉆進瓶子和金屬化合也就猶如摧枯拉朽，不值一駁了。羅蒙諾索夫在解釋開口瓶中加熱金屬，結(jié)果

5、重量增加的現(xiàn)象時說：“那是因為不斷地在熱金屬表面流動著的空氣微粒，會同灼熱的金屬相化合，因而增加了它的重量?！薄翱諝馕⒘?，究竟怎樣和金屬化合呢？空氣里究竟有些什么東西？當時，氧氣還沒有發(fā)現(xiàn)，人們對于這些問題，還不十分清楚。雖然波義耳的熱素學說被推翻了，但是，要想再推翻斯塔爾的“燃素”學說，還必須徹底揭開燃燒的秘密，必須解決空氣在燃燒過程中究竟擔任了什么樣的角色這一問題。三、波義耳在其他方面的成就 1、波義耳氣體定律 2、指示劑的發(fā)現(xiàn) 3、波義耳墨水 4、照相原理的奠基人 5 、磷的制備與研究第二節(jié) 燃素學說的興衰 17世紀末人們對燃燒現(xiàn)象的解釋及機械唯物論的自然觀一、燃素學說的建立1、 燃素學

6、說的第一發(fā)起人-貝歇爾 各種物質(zhì)都是由三種基本“土質(zhì)”組成的：石土、油土、汞土。物體燃燒時，釋放出其中的“油土”成分?！坝屯痢奔聪喈斢谝院蟮摹叭妓亍?。 2 、 施塔爾建立了燃素學說 （1）火是由無數(shù)極小而活潑的微粒構(gòu)成的。 （2）燃素充塞于天地間。一切與燃燒有關(guān)的化學變化都歸結(jié)為吸收燃素與釋放燃素。燃素有負質(zhì)量。 3、燃素說對燃燒與化學反應現(xiàn)象的解釋 燃素說把一切與燃燒有關(guān)的化學變化都歸結(jié)為物體吸收燃素與釋放燃素的過程。二、燃素學說的局限性與困難1、不能解釋金屬煅燒增重的問題（燃素具有負質(zhì)量令人難以信服） 2、不能解釋石灰石煅燒問題（與燃素無關(guān)，僅與固定空氣有關(guān)） 3、找到的燃素具有正質(zhì)量（卡

7、文迪許找到的燃素其實是氫氣） 其實最大的問題是誰也不能準確描述燃素是什么？燃素概念的提出是西方形而上學機械唯物論自然觀的產(chǎn)物。三、燃素學說的歷史評價 1、化學史上第一個統(tǒng)一的理論 2、使化學從煉金術(shù)中解放出來成為一門科學 3、積累了大量實驗事實第三節(jié)第三節(jié) 氧的發(fā)現(xiàn)與科學燃燒學說的建立氧的發(fā)現(xiàn)與科學燃燒學說的建立 人們對燃燒現(xiàn)象進行更多的定量研究以后，越來越使燃素說陷入困境。18世紀中期，氧氣被發(fā)現(xiàn)并命名，燃燒的本質(zhì)終于被揭開。 人類花了近三個世紀才揭開燃燒之謎！一、中國人是否最先發(fā)現(xiàn)了氧氣 據(jù)考證，中國學者馬和（譯音）在公元八世紀（唐朝）時，已經(jīng)對氧氣作了深入的研究，他在平龍認一書里，記載了

8、氧的制取和燃燒原理。 馬和將氧氣稱為“陰氣”二、 西方氧氣的發(fā)現(xiàn)在歐洲，人們認為氧氣是瑞典化學家舍勒在1773 年和英國化學家普利斯特里在1774年分別在不同的地方，各自獨立發(fā)現(xiàn)的，也有人認為拉瓦錫才是氧氣的真正發(fā)現(xiàn)者。 誰對誰錯？ 舍勒 1、舍勒的生平 舍勒（17421786），瑞典化學家。 因家境困苦，所以他14歲就當了藥店學徒，一邊學習藥學知識，一邊做化學實驗并且誰讀了當時能找到的化學著作。 舍勒記憶力非凡，只要是化學有關(guān)的知識，讀一兩遍就能記住。同時他還是篤學慎思的人，對化學有著執(zhí)著的追求。 2、舍勒制取氧氣的方法比較多， （1）加熱硝酸鹽（ Mg(NO3）2 、KNO3）； （2）加

9、熱碳酸銀（Ag2CO3）；碳酸汞（HgCO3）的混合物。 (3)加熱黑錳礦（MnO2）與濃硫酸或濃砷酸混合 舍勒把氧氣稱作為火氣，fire air?？諝庵械钠渌煞址Q之為濁氣 舍勒正式發(fā)現(xiàn)氧氣可以定在1773年以前，比英國的普利斯特列發(fā)現(xiàn)氧氣要早一年。舍勒把這些實驗結(jié)果，整理成一本書，書名叫火與空氣，但在出版商那里擱置了幾年，因此沒有得到第一個發(fā)現(xiàn)氧氣的人這一榮譽。 3、舍勒運用燃素說的解釋： “空氣中含有火氣和濁氣。燃燒是空氣中的火氣與物體中燃素結(jié)合的過程，火是火氣與物體中燃素結(jié)合的化合物”。 舍勒將制得的氧氣稱為“助火空氣” 普利斯特里1、普利斯特里的生平 普利斯特里（17331804）

10、英國化學家。出生于一個裁縫的家里，很貧苦。 小時候，他跟一個牧師學拉丁文和希臘文，到了16 歲的時候，又自學法文、意大利文和德文。 他寫過許多關(guān)于宗教和傳教的書籍，但是他也很愛自然科學，特別是喜歡化學。 2、普利斯特里發(fā)現(xiàn)氧氣 1774 年8 月1 日，是普利斯特里難忘的日子，對于世界化學史說來，也是一個值得紀念的日子。在這一天，普利斯特里在自己的實驗記錄里，記述了一件重大的發(fā)現(xiàn)： 我在找到了一塊凸透鏡之后，便非常快樂地去進行我的實驗了。如果把各種不同的東西放在一只充滿水銀的瓶里，再把那瓶子倒放在水銀糟中，用凸透鏡，使太陽的熱集中到那物體上，我不知道會得到些什么樣的結(jié)果。在做了許多實驗后，我想

11、拿水銀灰來做做看。我非常快樂地看到，當我用凸透鏡照射之后，水銀灰竟而產(chǎn)生許多氣體。” 普利斯特里接著寫道：“當我獲得了比所用的水銀灰的體積大三四倍的氣體之后，我便取出了一些氣體，倒進一些水，看見這氣體并不溶解于水。 但是，使我更奇怪得說不出來的事，是當我把一支蠟燭放到這種氣體中燃燒的時候，蠟燭竟而發(fā)出一種非常亮的火焰。這種奇怪的現(xiàn)象，我真是完全不知道該怎樣解釋才好?！?除了對這種新發(fā)現(xiàn)的氣體作燃燒實驗外，普利斯特里還把一頭小老鼠放到充滿這種氣體的瓶子里。小老鼠在瓶子里卻顯得挺快活，挺自在！ “我用玻璃管從一個大瓶里吸進這種氣體到肺中，我竟覺得十分愉快。我的肺部在當時的感覺，好象和平常呼吸空氣時

12、沒有什么區(qū)別，但是，我自從吸進這氣體后，覺得經(jīng)過好久，身心還是十分輕快舒暢。唉，又有誰知道，這種氣體在將來會不會變成時髦的奢侈品呢？不過，現(xiàn)在世界上享受到這種氣體的快樂的，只有兩頭老鼠和我自己！” 普利斯特里從燃素學說觀點出發(fā)，錯誤地進行“解釋”：他認為燃燒就是燃素從燃燒物中跑出來的過程。從水銀灰加熱得到的新氣體，既然能夠幫助蠟燭燃燒得更旺，射出炫目的光芒，那么，這一定是由于這種氣體本身沒有燃素，這才特別喜歡從會燃燒的物體中去吸取燃素。 這樣，普利斯特里就斷言：“這種新氣體所以具有那樣的特性，顯然是因為它完全沒有燃素，因而要貪婪地從燃燒物里去吸取燃素。”普利斯特里將制得的氧氣稱為“脫燃素空氣”

13、 舍勒和普利斯特里雖然都獨立的發(fā)現(xiàn)并制得氧氣，但由于他們被傳統(tǒng)束縛， “從歪曲的、片面的、錯誤的前提出發(fā)，循著錯誤的、彎曲的、不可靠的途徑行進，往往當真理碰到鼻尖上的時候還是沒有得到真理”（恩格斯自然辯證法）三、科學燃燒學說的建立-拉瓦錫1、拉瓦錫的生平 拉瓦錫（17431794）法國化學家從小受到良好的教育。1763年獲法學學士學位，并取得律師開業(yè)證書，后轉(zhuǎn)向研究自然科學。 1765年他當選為巴黎科學院候補院士。1768年他研究成功浮沉計，可用來分析礦泉水。1775年任皇家火藥局局長，火藥局里有一座相當好的實驗室，拉瓦錫的大量研究工作都是在這個實驗室里完成的。 2、拉瓦錫的實驗 1774年1

14、0月，普里斯特里向拉瓦錫介紹了自己的實驗：氧化汞加熱時，可得到脫燃素氣，這種氣體使蠟燭燃燒得更明亮，還能幫助呼吸。拉瓦錫重復了普里斯特利的實驗，得到了相同的結(jié)果。但拉瓦錫并不相信燃素說，所以他認為這種氣體是一種元素，1777年正式把這種氣體命名為oxygen（中譯名氧），含義是酸的元素。 拉瓦錫重復做了普利斯特里的實驗以后，又做了這樣的一個實驗： 他在那個彎頸的玻璃瓶曲頸甑里，倒進一些水銀。然后，再把曲管的一端，通到一個倒置在水銀槽中的玻璃罩里。 普利斯特里在實驗中，是利用凸透鏡聚集太陽光進行加熱的。這樣加熱，一來火力不強，二來只能在中午加熱一陣，不能長時間地連續(xù)加熱，因此拉瓦錫改用爐子來加熱

15、。拉瓦錫把水銀加熱到將近沸騰，并且一直保持這樣的溫度，日夜不停地和他的助手輪班，加熱了20 晝夜！ 在加熱后的第二天，那鏡子般發(fā)亮的水銀液面上，開始漂浮著一些紅色的“渣滓”。接著，這紅色的“渣滓”一天多似一天，一直到第十二天，每天都在增加著。然而，12 天以后，紅色的“渣滓”就增加得很少。到了后來，甚至幾乎沒有增加。 拉瓦錫感到有點驚異。他仔細地觀察了一番，發(fā)現(xiàn)鐘罩中原先的大約50立方英寸的空氣，這時差不多減少了7-8 立方英寸，剩下的氣體體積為42-43 立方英寸。換句話說，空氣的體積大約減少了六分之一。 剩下來的是些什么氣體呢？拉瓦錫把點著的蠟燭放進出，立即熄滅了；把小動物放進去，幾分鐘內(nèi)

16、便窒息而死了。顯然，在這氣體中，沒有或者很少有普利斯特里所謂的“失燃素的空氣”。 接著，拉瓦錫小心地把水銀面上那些紅色的“渣滓”取出來，稱了一下，重為45 克。他把這45 克紅色“渣滓”分解了，產(chǎn)生大量的氣體，同時瓶里出現(xiàn)泛著銀光的水銀“戲法”又變回來了！拉瓦錫稱了一下所剩的水銀，重41.5 克。他又收集了所產(chǎn)生的氣體，共7-8 立方英寸恰恰和原先空氣所減少的體積一樣多！ 拉瓦錫把蠟燭放進這些被收集起來的氣體中，蠟燭猛烈地燃燒起來，射出白熾炫目的亮光；他投進火紅的木炭，木炭猛烈燃燒，以至吐著火焰，光亮到眼睛不能久視。很明顯，拉瓦錫斷定這氣體就是普利斯特里所謂的“失燃素的空氣”了，而那紅色的“渣

17、滓”便是水銀灰。 從漫長而仔細的實驗中，拉瓦錫終于得出了這樣的結(jié)論：空氣是由兩種氣體組成的。一種是能夠幫助燃燒的，稱為“氧氣”（普利斯特里所稱為的“脫燃素的空氣”）。氧氣大約占空氣總體積的六分之一到五分之一；另一種是不能幫助燃燒的，他稱之為“窒息空氣”“氮氣”。氮氣大約占空氣總體積的六分之五到五分之四。 更重要的是，拉瓦錫由此終于最后揭開了燃燒之謎，找到了真正的謎底： 燃燒，并不是象燃素學說所說的那樣，是燃素從燃燒物中分離的過程；而是燃燒物質(zhì)和空氣中的氧氣相化合的過程。 在1774 年到1777 年之間，拉瓦錫做了許多關(guān)于燃燒的實驗，象磷、硫、木炭的燃燒，有機物質(zhì)的燃燒，錫、鉛、鐵的燃燒，氧化

18、鉛、硝酸鉀的分解等等，而后他提出了燃燒學說。 從1777年開始，拉瓦錫公開明確地起來反對燃素說，他指出：“化學家從燃素說只能得出模糊的要素，它十分不確定，因此不能做任何解釋。有時這一要素是有重量的，有時它又沒有重量；有時它是自由之火，有時又是與土素相化合之水；有時它透過容器的微孔，有時它又不能透過。它能夠用來同時解釋堿性和不存在堿性、透明性和不透明性、顏色和不存在顏色。它是真正的變色蟲，每時每刻都在改變它的面貌。” 1777年9月5日，拉瓦錫向巴黎科學院提交了具有劃時代深遠意義的論文燃燒概論，建立了燃燒的氧化學說。拉瓦錫的燃燒理論 1、燃燒時放出光和熱； 2、物質(zhì)只在氧氣中燃燒； 3、氧氣在燃燒時被消耗；燃燒物在燃燒后所增加的重量，等于所消耗的氧氣的重量； 4、燃燒后，燃燒物往往變成酸性氧化物，而金屬則變?yōu)闅堅＠咤a的燃燒理論的不足： 1、認為一切酸中都含有氧 2、該氧化理論以氧為主，無法解釋